植物也會「聽八卦」?──玉米的地下情報網

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圖片作者:ChatGPT

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想像一下,你坐在教室裡聽老師講課,正在昏昏欲睡的時候,忽然老師點了你隔壁的同學起來回答問題。叫的不是你,但你卻下意識坐直身子、睜大眼睛,準備應對可能的狀況。

植物之間,也可能發生類似的事——一株被「摸」到的植物,會讓鄰居(即使沒被碰到)改變行為。


瑞典與荷蘭的研究團隊用玉米做了三個實驗,想知道:

如果一株玉米的葉片被輕輕刷過,會不會透過根部的訊息傳遞,影響地下鄰居的生長方式?


首先,研究團隊讓兩天大的玉米幼苗,在一個 Y 形管的分叉口做選擇:


一邊流的是養過「被摸過」玉米的營養液(T_sol.);

另一邊是養過「沒被摸過」玉米的營養液(C_sol.)。


三天後發現,玉米的主根明顯偏向未被摸過的那一邊。甚至有些根原本往「被摸過」的一邊長,途中掉頭改向另一邊,反過來的情況則沒有發生過。


所以,玉米明顯的不喜歡養過「被摸過」玉米的營養液。為什麼呢?


為了回答這個疑問,研究團隊把九天大的玉米幼苗,直接移進養過「被摸過」玉米的營養液裡,並與移進養在養過「沒被摸過」營養液的對照組做比較。


結果他們發現,雖然整株玉米的總重量差不多,但是在「被摸過組」長大的玉米,根部重量少了大約 10–15%;這是否意味著,在「被摸過組」長大的玉米,根部的生長被抑制,並轉而投資到地上部位呢?


進一步的分析發現,在「被摸過組」長大的玉米,其根冠比(地上部重量 ÷ 地下部重量)比對照組增加了大約一成,代表這一組的玉米的確投入更多資源到葉與莖。另外,他們發現「被摸過組」的主軸根縮短了將近 15%。


這種反應有點像是:察覺到「壓力源」在附近,先加強地上部,避免在地下和壓力源直接競爭。


最後,他們讓兩株玉米共用同一桶營養液,其中一株「被摸過」,另一株沒被碰,還有一組對照組全都沒被碰。


結果發現,與被摸過的「鄰居」一起長的玉米長得最好,總重量不僅比被摸過的「鄰居」多了約一成,甚至比對照組也多了將近一成!它的莖的重量增加了約 10–15%、根的重量也比被摸過的鄰居多了大約一成;被摸過的玉米則把更多資源分配到葉片上(多了幾個百分點)。


這看起來像是:當鄰居承受壓力時,我反而可以趁機用更多資源來長高長壯。


所有的這些結果看起來,被摸過的玉米的根部顯然會分泌一些物質,而這些物質會影響其他的玉米生長。所以,這物質是什麼呢?


研究團隊檢測了兩種營養液,比較它們的化學成分,卻沒找到明顯差異。他們認為,可能是關鍵分子濃度太低以致於無法測量,也可能揮發掉了,或分子量不在檢測範圍。


但是,從這些玉米在生長行為上的改變顯示,玉米的根能分辨「鄰居是否正承受壓力」,並根據情境選擇不同策略:


直接暴露時,玉米採取「避開壓力源」模式(減少根生長,加強地上部);

如果是與壓力個體共用資源時,玉米則採取「黑白郎君」模式(別人的失敗就是我的快樂,我要趕快長大)。


這個發現意味著作物的生長,不只是由土壤養分和氣候決定,鄰株的狀態也會影響它們的發育策略。


理解這種地下訊息交流,可能幫助農業在密植或混作時調整管理方式,甚至利用「壓力訊號」促進作物生長。


參考文獻:

Elhakeem A, Markovic D, Broberg A, Anten NPR, Ninkovic V. Aboveground mechanical stimuli affect belowground plant-plant communication. PLoS One. 2018 May 2;13(5):e0195646. doi: 10.1371/journal.pone.0195646. PMID: 29718944; PMCID: PMC5931455.


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主要介紹關於植物的新資訊,但是也會介紹一些其他的。 版主在大學教植物生理學,也教過生物化學。 如有推薦書籍需求,請e-mail:susanyeh816@gmail.com
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